【文章內(nèi)容簡介】 器冷凝，同時(shí)為常壓塔提供熱量。從加壓塔、常壓塔頂部(或上部側(cè)線)采出的精甲醇，經(jīng)冷卻器降溫后進(jìn)入精甲醇貯槽。工藝流程： 三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在于三塔精餾采用了兩個(gè)主精餾塔(其中1個(gè)是加壓塔和1個(gè)常壓塔)，較雙塔流程多1個(gè)加壓塔。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負(fù)荷，并且常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩?，所以三塔精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。(6) 甲醇精餾四塔工藝流程 ’ 甲醇精餾四塔工藝流程見圖 15甲醇精餾工藝的四塔流程四塔流程包含精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔和甲醇回收塔。甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔，脫除輕組分后( 主為不凝氣、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸點(diǎn)組分加后進(jìn)入加壓精餾塔；加壓精餾塔頂?shù)臍庀噙M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，利用加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂、塔底的溫差，為常壓塔塔底提供熱源，同時(shí)對(duì)加壓塔塔氣相冷凝。冷凝后的精甲醇進(jìn)入回流罐，一部分為加壓塔回流，一部分作為精甲醇產(chǎn)品出裝置；加壓塔塔底的甲醇、高沸組分、水等進(jìn)入常壓塔，常壓塔塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品，在進(jìn)料板下方設(shè)置側(cè)線抽出，抽出物主要為甲醇、水和高沸點(diǎn)組分，進(jìn)入甲醇回收塔再回收甲醇，塔底廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)處理；回收塔設(shè)有側(cè)線抽出，主要抽出物為高沸點(diǎn)醇類，以保證回收塔塔頂精甲醇質(zhì)量和塔底廢水中總醇含量要求，塔底廢水送生化處理。 甲醇精餾的目的，是實(shí)現(xiàn)甲醇與水及有機(jī)物等雜質(zhì)的分離，生產(chǎn)出合格的精甲醇產(chǎn)品。在甲醇精餾流程的選擇上，往往以規(guī)模的大小來確定裝置。通常年產(chǎn)4萬噸以下( 包括4萬 噸 ) 的甲醇裝置選擇二塔流程，年產(chǎn)4萬噸以上的采用三塔流程。所謂二塔流程是指只有預(yù)塔和主精餾塔的裝置，三塔是指有預(yù)塔、加壓塔和常壓塔 。三塔流程實(shí)際上是將二塔流程中的主精餾塔分成了加壓塔和常壓塔。無論是二塔還是三塔流程，其預(yù)塔的作用都是除去溶解在粗甲醇中的氣體及低沸點(diǎn)雜質(zhì)等，其它塔的作用是脫除甲醇中的水和重組分。三塔流程 比二塔流程復(fù)雜，投資大，操作難度大，但突出的優(yōu)點(diǎn)是能耗小，操作費(fèi)用低。 MPa和 121℃的甲醇蒸汽，不象二塔流程中主精餾塔出來的蒸汽直接冷凝，而是作為常壓塔的精餾熱源來充分利用。本設(shè)計(jì)甲醇的年生產(chǎn)能力是30萬噸 ，選用了三塔流程 。 三塔精餾系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 1） 產(chǎn)品質(zhì)量高 雙塔精餾生產(chǎn)的精甲醇產(chǎn)品中乙醇和有機(jī)物雜質(zhì)含量只能控制在一定范圍，根據(jù)粗甲醇質(zhì)量的不同，精甲醇中乙醇的含量約為100~600mg／kg；三塔精餾生產(chǎn)的精甲醇質(zhì)量一般能夠達(dá)到美國AA級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，10 5左右。 2) 節(jié)能降耗 蒸汽和循環(huán)水消耗低主要在于：(1)兩塔精餾預(yù)塔再沸器、主塔再沸器和預(yù)塔預(yù)熱器均需蒸汽提熱源；三塔精餾的常壓塔再沸器( 主塔再沸器) 的熱源不再是蒸汽，而是用來自加壓塔頂121℃甲醇飽蒸氣經(jīng)液化放出的潛熱供常壓塔。(2) 粗醇預(yù)熱器(塔預(yù)熱器) 的加熱源不再直接利用蒸汽加熱，而是用脫醚塔再沸器(預(yù)塔再沸器)和加壓塔再沸器蒸冷凝液將粗甲醇加熱到飽和溫度。因此蒸汽消耗低，隨之循環(huán)水用量減少。按噸精甲醇消耗計(jì)， ～ t ， ～ t ；循環(huán)水三塔精餾為60 ~80 m3，兩塔精餾為 150 ~180 m3。如果將三個(gè)平衡作為精餾操作的基礎(chǔ)，溫度的控制視為維持平衡的主要信號(hào)，那么，除了設(shè)備問題以外，經(jīng)常影響精餾操作的主要因素，是進(jìn)料狀況(組成、流量、狀態(tài)等)、回流比(包括熱負(fù)荷)和物料的采出量。實(shí)際上一個(gè)因素的變化，常常牽涉到其他一些因素同時(shí)發(fā)生變動(dòng)，要詳細(xì)討論這些問題是比較復(fù)雜的，現(xiàn)只能就在正常工藝條件下單獨(dú)討論某一因素變化的情況。下面仍討論主精餾塔有關(guān)精餾操作的幾個(gè)重要操作因素。1) 進(jìn)料狀態(tài)精餾塔的進(jìn)料(含水甲醇)：當(dāng)進(jìn)料狀況發(fā)生變化(回流比、塔頂精餾產(chǎn)物的組成固定)時(shí)，這直接影響到提餾段回流量的改變。進(jìn)料板的位置也隨著改變，將引起理論板數(shù)和精餾段，提餾段塔板數(shù)分配的改變。對(duì)于固定迸料狀況的精餾塔來說，進(jìn)料狀況的改變，將會(huì)影響到產(chǎn)品質(zhì)量及損失情況的改變。2) 回流比回流比對(duì)精餾塔操作影響很大，直接關(guān)系著培內(nèi)各層扳上的物料濃度的改變和溫度的分布。最終反映在塔的分離效率上，是重要的操作參數(shù)之一。一般情況下，～2倍?！?)。其調(diào)節(jié)的依據(jù)是根據(jù)塔的負(fù)荷和精甲醇的質(zhì)量。當(dāng)塔的負(fù)荷較低時(shí)，可以取較低的回流比比較經(jīng)濟(jì)，為保證精甲醇的質(zhì)量，精餾段靈敏板的溫度可以控制的略低；反之，則增大回流比，在照顧精甲醇質(zhì)量的同時(shí)，為保持塔釜溫度，靈敏板溫度可控制略高。對(duì)粗甲醇精餾，回流比過大或過小，都會(huì)影響精餾操作的經(jīng)濟(jì)性和精甲醇的質(zhì)量，一般在正常生產(chǎn)條件受到破壞或產(chǎn)品不合格時(shí)，才調(diào)節(jié)回流比；調(diào)節(jié)后盡可能保持塔釜的加熱量穩(wěn)定，使回流比穩(wěn)定。在調(diào)節(jié)回流的同時(shí)，要注意板式塔的操作特點(diǎn)，防止液泛和嚴(yán)重漏液，都將會(huì)造成塔內(nèi)操作溫度的混亂。當(dāng)改變回流比時(shí)，由于操作的變動(dòng)，必然特引起塔內(nèi)每層板上濃度(組成)和溫度的改變，影響甲醇的質(zhì)量和甲醇的收率，必須通過調(diào)節(jié)，控制塔內(nèi)適宜的溫度，達(dá)到新的平衡，在粗甲醇含量和產(chǎn)量確定的條件下，甲醇精餾系統(tǒng)正確的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。3) 進(jìn)料量和組成甲醇精餾塔進(jìn)科量和組成改變時(shí)，都會(huì)破壞塔內(nèi)物料平衡和氣液平衡，引起塔溫的波動(dòng)，如不及時(shí)調(diào)節(jié)，將會(huì)導(dǎo)致精甲醇的質(zhì)量不合格或者增加甲醇的損失。隨著進(jìn)料量的調(diào)節(jié)，各層塔板上的氣液組成重新分配，可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應(yīng)。粗甲醇的組成一般是比較穩(wěn)定的，只是在合成催化劑使用的前后期隨著反應(yīng)溫度的升高而變化較大。但是預(yù)精餾后的含水甲醇中，甲醇濃度總會(huì)有些小幅度波動(dòng)。不論是其中甲醇濃度增加或降低，都會(huì)造成塔內(nèi)物料不平衡，形成輕組分下降或重組分上升，引起塔釜溫度降低或塔項(xiàng)溫度升高，加大了甲醇損失或降低了精甲醇的質(zhì)量。這時(shí)，在回流比仍屬適宜的情況下，只需對(duì)精甲醇的采出量稍作調(diào)節(jié)，就可達(dá)到塔溫穩(wěn)定，物料和氣液又趨平衡；如果粗甲醇的組分變化較大時(shí)，則需適當(dāng)改變其進(jìn)料板的位置，或是改變回流比，才保證粗甲醇的分離效率。當(dāng)合成催化劑后期生產(chǎn)的粗甲醇進(jìn)行蒸餾時(shí)，有時(shí)為確保精甲醇的質(zhì)量，以保證精餾塔進(jìn)料位置降低，同時(shí)適當(dāng)加大回流比。如前所述，對(duì)粗甲醇精餾塔的操作概念，可以概括如下：在穩(wěn)定塔壓的前提下，采用在較高蒸汽速度(負(fù)荷)下操作，既提高傳質(zhì)效果又最經(jīng)濟(jì)；選擇適宜的回流比，降低能量消耗；一般在進(jìn)料穩(wěn)定和變化緩慢的情況下，通過經(jīng)常性小量調(diào)節(jié)精甲醇和重組分的采出量，以保持塔溫的合理分布和穩(wěn)定，維持好塔內(nèi)三個(gè)平衡，使產(chǎn)品甲醇達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)回收副產(chǎn)品——重組分，并盡最大可能降低殘液中有機(jī)物的含量。 本課題來源及思路近幾年，全球甲醇需求量不斷上升，2000年全球甲醇生產(chǎn)能力為3803萬噸，需求量為3020萬噸，預(yù)計(jì)到2005年產(chǎn)能將達(dá)4294萬噸，需求量為3481萬噸；到2010年，世界甲醇產(chǎn)能將達(dá)5099萬噸，需求量為4226萬噸。美國、西歐、亞洲甲醇供不應(yīng)求，主要依賴進(jìn)口解決。國內(nèi)甲醇項(xiàng)目也在不斷上馬，10萬噸甲醇在規(guī)模上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于新項(xiàng)目的規(guī)模，以往的設(shè)計(jì)資料有的設(shè)計(jì)院還在沿用以往已用的設(shè)計(jì)資料或是對(duì)于需要新建設(shè)、規(guī)模大的項(xiàng)目設(shè)計(jì)上無從下手，造成了大規(guī)模甲醇設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究和設(shè)計(jì)資料不完善的狀況。本論文即以完善大規(guī)模甲醇工藝設(shè)計(jì)并作應(yīng)用基礎(chǔ)研究為目的，對(duì)具有不同特點(diǎn)的工藝進(jìn)行分析和理論總結(jié)，對(duì)流程加以改進(jìn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高裝置的能力。本論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1) 建立單元操作模型，根據(jù)甲醇物系的特點(diǎn)，選擇合適的熱力學(xué)方程并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改，利用流程模擬軟件Aspen，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇精餾系統(tǒng)的全流程模擬，建立物料平衡和能量平衡，確定各主要設(shè)備的操作參數(shù)。2) 利用所建立的單元操作模型，對(duì)不同的甲醇精制系統(tǒng)做詳細(xì)的分析，用模擬軟件進(jìn)行模擬，考察不同的工藝流程的特點(diǎn)以及分離效果和能耗指標(biāo)。3) 考察甲醇精餾系統(tǒng)的模擬計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行更深入的討論，開發(fā)新的甲醇精餾系統(tǒng)流程。4) 從建立甲醇精餾系統(tǒng)工藝包的高度，對(duì)甲醇精餾系統(tǒng)的設(shè)備因素加以考慮，選擇合適的塔設(shè)備以及相應(yīng)的塔內(nèi)件等等，并對(duì)塔內(nèi)壓降進(jìn)行計(jì)算，使之滿足設(shè)計(jì)需要。第二章 物料衡算原料為粗甲醇，成份及含量如下表： 成分含量（wt%）N2和ArCO2CH3OHCH3OCH3C2H5OHC4H9OHH2O合計(jì)100注：精餾工段產(chǎn)品為精甲醇，%(重量百分含量)。 物料衡算按年30萬噸精甲醇計(jì)算，%。年工作日按330天計(jì)，則精甲醇每日，每小時(shí)產(chǎn)量為 =909噸/日=每小時(shí)所需粗甲醇的量 = 預(yù)塔物料衡算 圖21 入料（以小時(shí)計(jì)） 粗甲醇： Kg/h通過各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算各組分的量：Mi=M總Wt%例：CO2的量 %=709(Kg/h） 依此計(jì)算其它組分的量列表如下 表22組分CO2 CH3OHCH3OCH3 C2H5OH C4H9OHH2O N2＋Ar百分?jǐn)?shù)（%） 組分量（Kg/h）709一般來說， 粗甲醇進(jìn)入預(yù)塔的水含量在20%左右為最佳，本設(shè)計(jì)采用水含量11%，則設(shè)加水為m t/h(m+)/(+m)=11%得 m= t/h堿液：， Kg 92%的NaOH，則耗5%堿液量= t/h塔頂出料：表23組分CH3OCH3N2＋ArCO2組分量（Kg/h）709塔釜出料:表24組分甲醇乙醇丁醇水軟水組分量（Kg/h）310 出料總計(jì) ++709+++++310 = （Kg/h)其中，汽相：： 加壓塔的物料衡算 因?yàn)閴A液和軟水最終以廢液排出，對(duì)物料衡算沒有影響，這里就不加入計(jì)算。 入料： 表25組分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O組分量（Kg/h）進(jìn)料各物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：表26組分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）塔頂出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 甲醇； 100%塔釜出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：表27組分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）以甲醇為關(guān)鍵組分進(jìn)行物料衡算F = D + W F XF = W XW + D XD 帶入數(shù)據(jù)可得， = D + W ①% =W%+D100% ②則計(jì)算可得D = （Kg/h） Kg/h塔釜出料 W = – = (Kg/h)塔釜出料：表28組分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O組分量（Kg/h） 常壓塔物料衡算 加壓塔塔釜出料即為常壓塔進(jìn)料常壓塔塔頂出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 甲醇； 100%常壓塔塔釜出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 水； 100%